vii. anÁlisis de...
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ANÁLISIS DE RESULTADOS ANÁLISIS DE RESULTADOS
VII. ANÁLISIS DE
RESULTADOS
ANÁLISIS DE RESULTADOS ANÁLISIS DE RESULTADOS
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VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS
7.1. TAMAÑO DE PARTÍCULA
El tamaño de partícula juega un papel muy importante durante todo el
proceso, ya que está involucrado directamente con el coeficiente de
difusividad efectivo, tanto en el secado, como en el O2 que permita la
oxidación del material orgánico.
El tamaño de grano también tiene su efecto en la fusión de los óxidos
ya que al estar más fina la partícula, la interacción entre los óxidos puede ser
mayor y más rápida. El tamaño de gano para las arenas – sílicas se describe
en la siguiente tabla:
Tabla III. Diámetro de grano para las arenas sílicas.
Diámetro de Arenas - sílicaspartícula (mm) 1 2 3
0.752> 20.340.6405 30.30.476 26.75 7.41 20.770.37 25.47 32.41 16.23
0.2855 11 19.23 5.190.1905 24.25 27.74 4.970.127< 12.5 13.18 2.16
Suma 99.97 99.97 99.96
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El tamaño promedio de partícula para la arena 1 es de 0.315 mm.,
para la arena 2 es de 0.279 mm., y para la arena 3 es 0.532 mm.
Como se puede observar la arena – sílica 3, es la que presenta el
mayor diámetro de partícula, y por el contrario las arena 2, la que tiene el
menor diámetro. Esto repercute en las difusividades y en la fusión de los
óxidos como se vera en los siguientes análisis.
7.2. ANÁLISIS EN LA RELACIÓN DE ÓXIDOS EN LAS ARENAS –
SÍLICAS
Con base en la sección 5.3, y retomando la tabla de la fórmula unitaria
para cada arena – sílica, vemos que la relación de moles de dióxido de silicio
comparado a 1 mol de fundentes, es muy alta, ya que para la arena – sílica
1, tenemos una relación de 1 mol de fundentes contra 21.64 moles de SiO2
para la arena 2, 1 mol a 11.67 y para la arana 3, la relación es aún es
mayor, 1 a 32.69, moles.
Como se puede ver en la figura 6, de la sección 5.3.1., entre mayor es
la cantidad de sílice, mayor es la temperatura a la que se tiene que someter
dicha mezcla para alcanzar su maduración, se entiende por esto, la fusión
de todos los óxidos de la mezcla, para formar una pasta homogénea. Como
el objetivo es encontrar una mezcla que se pueda utilizar en la fabricación
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del ladrillo artesanal, nos tenemos que adaptar a las temperaturas que ellos
manejan, así que debe tenerse un cuidado especial en el manejo de las
arenas tomando en cuenta la proporción de óxidos con la que estas cuentan.
La arena – sílica 2 aunque tiene una relación menor entre fundentes y SiO2,
el contenido de carbón en esta arena es el más alto, lo que provoca en
general, un aislamiento entre los óxidos fundentes, no promoviendo una
buena fusión entre ellos. Por otro lado el pequeño tamaño de partícula (tabla
3), de las arenas 1 y 2, favorece una mayor interacción entre los óxidos.
7.3. DIFUSIÓN Y PÉRDIDAS POR COMBUSTIÓN
Uno de los problemas a resolver fue la gran cantidad de carbón
mineral que se presentaba en el material terminado, ya que al partir el ladrillo
a la mitad se observaba un anillo grueso de color negro que abarcaba más
del 50% del centro, el cual disminuía a tonos grises, para terminar en la
superficie, es decir el anillo más externo con el color tradicional del ladrillo.
El carbón al presentarse en abúndate cantidad, contamina el producto
haciendo que los óxidos presentes no tengan un contacto adecuado durante
la fusión, perjudicando la homogeneidad de la nueva pasta que dará el
producto final.
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Como se explicó en la sección 5.2.4.2, las perdidas por combustión
son un fenómeno de difusión en estado dinámico, que involucra la reacción
de oxidación del carbón en fase heterogénea. La difusión del O2 se lleva a
través de los poros de la matriz arcillosa, (difusividad de Knudsen), entre
más grande sea el poro mejor y más rápida será la difusión en esta etapa del
proceso. La oxidación de este material toma lugar entre los 300 y 600 ° C,
periodo en el cual las perdidas por combustión llegan a su máximo, pues con
la aproximación de la mezcla a los 700 ° C aproximadamente, aparece la
fusión de los óxidos y con ello la reacciones en fase líquida, lo que hace que
el tamaño de poro disminuya a tal grado que la difusión es cero.
El contenido de carbono disminuirá conforme mayor sea el tiempo
entre 300 y 600 ° C, o bien aumentando el tamaño de poro, esto se logra
mezclando partículas de mayor tamaño, pero existe un límite pues al
aumentar el diámetro de partícula, se provoca una menor cohesión entre los
óxidos fundentes haciendo que el contacto entre ellos disminuya, esto se
manifiesta en un producto que se desgrana fácilmente.
Como se puede ver en la figura 9, la efectividad de las mezclas en las
pérdidas por combustión que involucra la arena - sílica 3, es mayor que las
que involucran las arenas 1 y 2.
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Eficiencias de las mezclas en las perdidas por combustión
0
15
30
45
60
75
90
105
0 20 40 60 80 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
Efic
ienc
ia (
%)
A1 A2 A3 Base
Figura 9. Eficiencia de la mezcla en las pérdidas por combustión
Esto se explica debido a que el tamaño de partícula (tabla 3) para la arena 3
es mayor, aumentando el tamaño de poro y con ello la difusividad, esto lleva
a una disminución en la resistencia a la compresión como se vera en la
figura 16. Hay que considerar que la arena 3, debido a su relación tan alta
de óxidos fundentes con sílice, provocan una pasta inmadura para la
temperatura que se esta manejando.
Observando la figura 9, las mejores eficiencias de mezcla se logra
utilizando, arenas 1 y 2 en porcentajes de 15 y 30 %, sin bajar su resistencia
a la compresión.
7.4. LA DENSIDAD
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Como se puede observar en las figuras 10 y 11, las mayores
densidades las presentan los experimentos que contienen la arena 3, sin
embargo estas mismas presentan una menor resistencia a la compresión, lo
que se debe a la alta relación de fundentes con respecto al SiO2.
Densidad en la mezcla seca
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
Den
sida
d (
gr/c
m3)
A1 A2 A3 Base
Figura 10. Densidad en la mezcla seca
Densidad en la mezcla cocida
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
Den
sida
d (
gr/c
m3)
A1 A2 A3 Base
Figura 11. Densidad en la mezcla cocida
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7.5. LA PLASTICIDAD Y LA CONTRACCIÓN EN EL SECADO Y LA
COCCIÓN
Entre más plástica es una arcilla, es decir, mayor cantidad de agua
absorbe, mayor será su contracción en el secado y horneado. La mayoría de
esta agua se absorbe en los poros de los granos de las arcillas. Como
podemos ver en la figura 12, la arena 2 presenta la mayor absorción de agua
para formar una pasta plástica, moldeable. Por otro lado la arena 3 presenta
la menor plasticidad, es decir tiene una menor absorción de agua dentro de
las partículas de arena. Las tendencias en la plasticidad para las mezclas
que contienen la arena 3, disminuye en cuanto aumenta el porcentaje de
participación de esta arena, mientras que en caso de la arena 2 se observa
lo contrario.
Plasiticidad
0
15
30
45
60
0 20 40 60 80 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
Pla
stic
idad
(%
)
A1 A2 A3 Base
Figura 12. Plasticidad
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La contracción al secado nos dice qué tan propensa es la mezcla a
formar grietas por efecto de la difusión del vapor en los poros de la matriz
arcillosa.
Utilizando el criterio de Nosova, para determinar la sensibilidad de las
arcillas al secado expuesto en la sección 4.2.3. tenemos que la arenas –
sílicas tiene un índice Ks menor a la unidad, es decir tiene poca sensibilidad
Tabla IV. Índice de plasticidad
al secado, y no existen peligros de agrietamiento, en esta fase del proceso.
Contracción al secado
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
Con
trac
ión
(%)
A1 A2 A3 Base
Figura 13. Contracción en seco
Arena Ks
1 0.35
2 0.51
3 0.29
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Sin embargo en la figura 13, vemos que las arenas - sílicas sin
mezclar son las que presentan mayor contracción al secado, siendo aún
este valor de poca importancia para dicho proceso.
En la contracción a la cocción como se puede ver en la figura 14, las
mezclas que contienen la arena 2, en 15, 30 y 45 %, son las que presentan
mayor contracción al horneado, este porcentaje de contracción va
aumentando con el contenido de arena 2 en las mezclas, para finalmente
tener una contracción en la cocción de 5.45 % sola, esta última presento
agrietamientos en el proceso de horneado.
Contracción a la cocción
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
Con
trac
ión
(%)
A1 A2 A3 Base
Figura 14. Contracción a la cocción
7.6. ABSORCIÓN Y MADURACIÓN DE LA PASTA
Entre menos absorción de agua permita el ladrillo cocido, tendrá una
mayor maduración en la pasta. Como maduración se entiende la fusión de
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todos los óxidos presentes, para formar una nueva pasta que dará las
propiedades del producto final.
Absorción
0
15
30
45
60
75
90
0 20 40 60 80 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
Abs
orci
ón (
%)
A1 A2 A3 Base
Figura 15. Absorción
Como podemos ver en la figura 15, la arena 3 presenta una absorción
de 80 %, esto confirma que no se puede haber alcanzado la maduración de
la pasta a la temperatura que se realizo el experimento, pues su relación de
óxidos fundentes contra SiO2, es muy grande no siendo factible encontrar
una pasta madura. Pero sin embargo cuando se mezcla en diferentes
proporciones su absorción llega ser incluso menor que la absorción que
registra la mezcla base, lo mismo pasa con algunas de las mezclas hechas
con las arenas 1 y 2.
Esto parece contradictorio si decimos que entre menor agua absorba,
el ladrillo tubo una mayor maduración de la pasta, y sabemos por otro lado
que siendo las relaciones de SiO2 tan altas respecto a los óxidos fundentes,
y sabiendo que la temperatura que se manejó en el experimento no es
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posible alcanzar una pasta madura. ¿Cómo explicar esta menor absorción?,
esto se pude explicar con la maduración de una capa exterior, que si bien no
alcanzó a profundizar, fue suficiente para disminuir la absorción del agua,
esta capa se puedo haber formado debido a la combinación de óxidos que
se dio en las mezclas, gracias a la aportación de los óxidos de las arcillas,
también a la mayor temperatura en la capa externa, lo que promovió una
mejor fusión entre los óxidos. Esto se confirma al partir un ladrillo a la mitad,
donde se aprecia un anillo negro de mayor tamaño que varia según la
proporción de las arenas y un anillo rojizo del color tradicional del ladrillo
externo el cual varia con cada mezcla.
7.7. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
Como podemos ver en la figura 16, todos los experimentos superan a
la mezcla base que se utiliza en el proceso artesanal.
Las mezclas hechas con la arena 3, no son aconsejables en una
proporción mayor al 15 % ya que aunque su resistencia a la compresión
supera a la mezcla original, debido a su tamaño de grano, son fácilmente
erosionables al roce, desgastándose rápidamente.
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Resistencia a la compresión
0
15
30
45
60
0 20 40 60 80 100Porcentaje con respecto a las arenas sílicas
kgf/c
m2
A1 A2 A3 Base
Figura 16. Resistencia a la compresión
Un hecho importante de resaltar es que las arenas – sílicas 1 y 2
solas, muestran una resistencia a la compresión muy superior, si tomamos
en cuentas la relación de óxidos fundentes con respecto al SiO2, sabemos
por la figura 6, que la temperatura de maduración esta por arriba de la que
se manejo en el experimento, así que no es probable que tengamos una
pasta madura, esto se reafirma con el hecho de que el anillo negro del que
se habla en las pérdidas por cocción es muy grande, por lo tanto la cohesión
química proveniente de la fusión de los óxidos no es alta, al contrario de lo
que muestra la gráfica de resistencia a la compresión. Esto se puede
explicar con el tamaño de partícula y la proporción de bentonita presente en
la arena sílica.
La bentonita es una arcilla pura, formada por silicatos hidratados de
sodio, calcio o magnesio, ésta tiene excelentes propiedades plásticas,
impermeables y de resistencia, debido a esto se ocupa como agente
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aglutinante en la formación de moldes para la fundición. La bentonita tiene
un tamaño de partícula menor a 0.127 mm. Como podemos ver en la tabla 3,
la arena 2 tiene mayor proporción en este tamaño de partícula comparándola
con las arenas 1 y 3.
Podemos decir que la proporción de bentonita juega un papel
importante en la resistencia a la compresión del ladrillo, así como el tamaño
de partícula, ya que además de estar relacionada directamente con esta, las
partículas finas pueden resistir más a la compresión ya que pueden tener
una mejor compactación y una mejor distribución de la carga.
Así que podemos afirmar que aunque no tenemos una pasta madura,
si tenemos una mayor resistencia a la compresión, debido al efecto que tiene
la bentonita y el fino tamaño de las partículas en las mezclas.
La arena 3 por no tener ninguna de las cualidades anteriores,
presentó una menor resistencia a la compresión.
A continuación se muestra la tabla de donde se obtuvieron todos los
resultados que muestran las gráficas.